TWI440390B - 發光二極體電路的補償方法與裝置 - Google Patents
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Description
本發明有關於一種發光二極體電路,且特別是有關於發光二極體的補償方法與裝置。
隨著半導體產業的發展,發光二極體(Light Emission Diode,LED)不但廣泛地應用於照明用途,以取代低能源效率的傳統的照明燈泡,亦被應用在顯示器的領域。自從使用背光模組的薄膜電晶體液晶顯示器(Thin Film Transistor-Liquid Crystal Display,TFT-LCD)取代笨重、體積龐大又具有較高輻射的陰極射線管(Cathode Ray Tube,CRT)顯示器之後,有機發光二極體(Organic-LED,OLED)顯示器更因具有厚度薄、高效率、高對比與反應速度快的特性,甚至有一些有機發光二極體顯示器更具有可撓曲的特性。因此,有機發光二極體顯示器被認為是顯示器的未來主流之一。
一般而言,主動式有機發光二極體可以使用兩個電晶體以及一個電容(2T1C結構)的驅動電路來驅動,請參考圖1。圖1為傳統有機發光二極體電路的電路圖。傳統有機發光二極體電路1包括第一電晶體T1、第二電晶體T2以及電容Cs。第一電晶體T1之第一端耦接至高電壓準位VDD
,第一電晶體T1之第二端耦接於有機發光二極體OLED之輸入端,且有機發光二極體OLED的輸出端耦接至接地端。第二電晶體T2之第二端耦接至第一電晶體T1之控制端,且第二電晶體T2之第一端耦接至畫素信號DATA,第二電
晶體T2之控制端耦接至掃瞄信號SCAN。電容Cs具有兩端,電容Cs的第一端耦接至第一電晶體T1之控制端以及第二電晶體T2之第二端,電容Cs之第二端耦接至接地端。
有機發光二極體OLED藉由第一電晶體T1的驅動電壓VDATA
造成的輸出電流IOLED
而發光,且有機發光二極體OLED的發光強度透過第二電晶體T2受控於畫素信號DATA以及掃描信號SCAN。第一電晶體T1在長時間操作的情形下,會因為第一電晶體T1的閘源極電壓Vgs
加壓(stress),而致使第一電晶體T1的門限電壓Vth
往正電壓漂移。如此一來,將會造成有機發光二極體OLED的輸出電流IOLED
以及輸出電壓VOLED
下降。據此,有機發光二極體OLED的發光效率受到影響,而且使用壽命(lifetime)也縮短。
請參照圖2A及2B,圖2A與2B為由模擬得出的傳統發光二極體電路的輸出電流與第一電晶體的門限電壓之曲線圖,其中圖2A之電流以微安培(μA)表示,圖2B中之電流以歸一化電流表示。由圖2A與圖2B可知當第一電晶體T1的門限電壓Vth
由0伏特變成3伏特,有機發光二極體OLED的輸出電流IOLED
由2.05微安培變為1.3微安培,換句話說,有機發光二極體OLED的輸出電流IOLED
成為原來的63%。
有機發光二極體的輸出電流在長時間操作下,會因為衰減而造成有機發光二極體的發光效率下降。據此,使用傳統發光二極體電路的燈具或顯示裝置之產品品質可能隨著操作時間下降,而且此類燈具或顯示裝置的使用壽命也
可能因此受限。
本發明實施例提供一種發光二極體電路的補償方法,用於包括兩個電晶體、一個電容與一個發光二極體的至少一個發光二極體電路。兩個電晶體的第一電晶體的控制端連接於電容與兩個電晶體的第二電晶體之第二端,第一電晶體的第二端連接於發光二極體,且第二電晶體之寬度長度比(W/L)小於1。補償方法包括以下步驟。首先,將初始控制電壓施加於第二電晶體的控制端,並據此偵測發光二極體的輸出電壓之目前值。判斷輸出電壓之初始值與目前值之差異是否超出標準值。接著,若差異超出標準值,則產生補償控制電壓施加於第二電晶體的控制端,其中補償控制電壓為初始控制電壓與輸出電壓之初始值與目前值之差異之和。
本發明實施例提供一種發光二極體電路的補償裝置,用於包括兩個電晶體、一個電容與一個發光二極體的至少一個發光二極體電路。兩個電晶體的第一電晶體的控制端連接於電容與兩個電晶體的第二電晶體之第二端,第一電晶體的第二端連接於發光二極體,且第二電晶體之寬度長度比(W/L)小於1。發光二極體電路的補償裝置包括多個儲存單元、邏輯比較單元、運算電路單元。儲存單元用以儲存發光二極體之輸出電壓的初始值,而發光二極體電路的補償裝置施加初始控制電壓於第二電晶體的控制端,以使發光二極體產生輸出電壓的目前值。邏輯比較單元用以判斷輸出電壓之初始值與目
前值之差異是否超出標準值。若差異超出該標準值,則運算電路單元依據差異與初始控制電壓產生補償控制電壓施加於第二電晶體的控制端。
綜上所述,本發明實施例所提供的發光二極體電路的補償方法與裝置偵測發光二極體的輸出電壓,以固定發光二極體的輸出電壓的方式來穩定發光二極體的輸出電流,從而避免發光二極體的輸出電流因長時間的操作而衰減,並藉此提高發光二極體的使用壽命。
為使能更進一步瞭解本發明之特徵及技術內容,請參閱以下有關本發明之詳細說明與附圖,但是此等說明與所附圖式僅係用來說明本發明,而非對本發明的權利範圍作任何的限制。
請同時參照圖1與圖3,圖3為本發明實施例之發光二極體電路的補償方法之流程圖。發光二極體電路的補償方法,用於包括兩個電晶體T1、T2、一個電容Cs與一個有機發光二極體OLED的至少一個有機發光二極體電路1,其中兩個電晶體T1、T2的第一電晶體T1的控制端(亦即第一電晶體T1的閘極端)連接於電容Cs與兩個電晶體T1、T2的第二電晶體T2之第二端(亦即第二電晶體T2的源極端),第一電晶體T1的第二端(亦即第一電晶體T1的源極端)連接於有機發光二極體OLED的輸入端,且第二電晶體T2之寬度長度比(W/L)小於1。雖然此實施例以有機發光二極體電路1為例,但本實施例的
補償方法亦可以應用於2T1C結構的其他發光二極體電路。
需要說明的是,圖3的補償方法主要是透過增加第二電晶體T2的控制端電壓(亦即第二電晶體T2的閘極電壓),以穩定有機發光二極體OLED的輸出電壓VOLED
,因此需要將第二電晶體T2之寬度長度比(W/L)設計地比較小。另外,第二電晶體T2的控制端電壓(亦即第二電晶體T2的閘極電壓)也不需要高電壓(例如5伏特的電壓),便可以在一在充電時間,使得第一電晶體T1的控制端電壓(亦即第一電晶體T1的閘極電壓)不會被完全充電至畫素信號DATA的電壓VDATA
。
於圖3的補償方法中,透過增加第二電晶體T2的控制端電壓(亦即第二電晶體T2的控制端電壓閘極電壓),將可以使第一電晶體T1的控制端電壓(亦即第一電晶體T1的閘極電壓)也隨之增加,而在一個充電時間內,使得第一電晶體T1的控制端電壓(亦即第一電晶體T1的閘極電壓)上昇靠近畫素信號DATA的電壓VDATA
。據此,將可以補償因第一電晶體T1的門限電壓Vth
飄移而造成輸出電壓VOLED
下降的情況,進而穩定輸出電流IOLED
。
另外,圖3的補償方法可以是定時地(例如每隔1000小時)被執行。換言之,每隔一段時間後,才有可能會有因第一電晶體T1之閘源極電壓Vgs
加壓而導致輸出電流IOLED
下降的情況。
復參考圖1與圖3,另外,圖3的補償方法可以是
定時地(例如每隔1000小時)被執行。換言之,每隔一段時間後,才有可能會有因第一電晶體T1之閘源極電壓Vgs
加壓而導致輸出電流IOLED
下降的情況。
復參考圖1與圖3,首先,在步驟S31中,將初始控制電壓Vgate_ini
施加於第二電晶體T2的控制端(亦即將初始控制電壓Vgate_ini
設為圖1的掃瞄信號SCAN),並據此偵測有機發光二極體OLED的輸出電壓VOLED
之目前值VOLED_now
。然後,在步驟S32中,判斷輸出電壓VOLED
之初始值VOLED_ini
與目前值VOLED_now
之差異是否超出標準值(標準值例如為0,在其他情況下,標準值亦可以為其他數值)。接著,若差異未超出標準值,則執行步驟S34相反地,若差異超出標準值,則執行步驟S33。
要說明的是,初始控制電壓Vgate_ini
為有機發光二極體電路1剛開始被驅動時的初始驅動電壓,且輸出電壓VOLED
之初始值VOLED_ini
為初始控制電壓Vgate_ini
剛開始驅動有機發光二極體電路1時所產生的初始輸出電壓。由上述的說明可以得知,圖3的方法更可以包括將初始控制電壓Vgate_ini
與輸出電壓VOLED
之初始值VOLED_ini
儲存於多個儲存單元(或暫存器)的步驟。
若差異未超出標準值,則表示輸出電流IOLED
並未因長期操作而有衰減的情況,故在步驟S34中,持續施加初始控制電壓Vgate_ini
至第二電晶體T2的控制端。若差異超出標準值,則表示輸出電流IOLED
因長期操作而有衰減的情況,故在步驟S33中,產生補償控制電壓Vgate
施加於第二電晶體T2的控制端(亦即將補償控制電
壓Vgate
設為圖1的掃瞄信號SCAN),其中補償控制電壓Vgate
為初始控制電壓Vgate_ini
與差異之和(亦即Vgate
=Vgate_ini
+VOLED_ini
-VOLED_now
)。
另外,圖3的補償方法可以是定時地(例如每隔1000小時)被執行。換言之,每隔一段時間後,才有可能會有因第一電晶體T1之閘源極電壓Vgs
加壓而導致輸出電流IOLED
下降的情況。
復參考圖1與圖3,首先,在步驟S31中,將初始控制電壓Vgate_ini
施加於第二電晶體T2的控制端(亦即將初始控制電壓Vgate_ini
設為圖1的掃瞄信號SCAN),並據此偵測有機發光二極體OLED的輸出電壓VOLED
之目前值VOLED_now
。然後,在步驟S32中,判斷輸出電壓VOLED
之初始值VOLED_ini
與目前值VOLED_now
之差異是否超出標準值(標準值例如為0,在其他情況下,標準值亦可以為其他數值)。接著,若差異未超出標準值,則執行步驟S34相反地,若差異超出標準值,則執行步驟S33。
要說明的是,初始控制電壓Vgate_ini
為有機發光二極體電路1剛開始被驅動時的初始驅動電壓,且輸出電壓VOLED
之初始值VOLED_ini
為初始控制電壓Vgate_ini
剛開始驅動有機發光二極體電路1時所產生的初始輸出電壓。由上述的說明可以得知,圖3的方法更可以包括將初始控制電壓Vgate_ini
與輸出電壓VOLED
之初始值VOLED_ini
儲存於多個儲存單元(或暫存器)的步驟。
若差異未超出標準值,則表示輸出電流IOLED
並未因長期操作而有衰減的情況,故在步驟S34中,持續施
加初始控制電壓Vgate_ini
至第二電晶體T2的控制端。若差異超出標準值,則表示輸出電流IOLED
因長期操作而有衰減的情況,故在步驟S33中,產生補償控制電壓Vgate
施加於第二電晶體T2的控制端(亦即將補償控制電壓Vgate
設為圖1的掃瞄信號SCAN),其中補償控制電壓Vgate
為初始控制電壓Vgate_ini
與差異之和(亦即Vgate
=Vgate_ini
+VOLED_ini
-VOLED_now
)。
步驟S32與33的實現方式簡介如下,但下述實現步驟S34的方式並非用以限定本發明。於步驟S32中,使用比較器來判斷輸出電壓VOLED
之初始值VOLED_ini
與目前值VOLED_now
之差異是否超出標準值(此時標準值為0)。於步驟S33中,使用反向放大器根據輸出電壓VOLED
之初始值VOLED_ini
與目前值VOLED_now
,計算出輸出電壓VOLED
之初始值VOLED_ini
與目前值VOLED_now
的差異(VOLED_ini
-VOLED_now
),然後再使用反向器獲得差異的負值(-VOLED_ini
+VOLED_now
),最後,再使用反向放大器依據差異與初始控制電壓Vgate_ini
,計算出補償控制電壓Vgate
。
在步驟S35中,再次判斷輸出電壓VOLED
之初始值VOLED_ini
與目前值VOLED_now
之差異是否超出標準值,此時的輸出電壓VOLED
之目前值VOLED_now
係有機發光二極體電路1依據控制補償電壓Vgate
所產生。接著,若差異未超出標準值,則執行步驟S36。相反地,若差異超出標準值,則回去執行步驟S33。在步驟S36中,持續地施加補償控制電壓Vgate
於第二電晶體T2的控制端。如
此,將可以重複圖3的步驟S33~S36,直到所產生的補償控制電壓Vgate
能夠讓有機發光二極體電路1的輸出電壓VOLED
之初始值VOLED_ini
與目前值VOLED_now
的差異不超出標準值。
在實際應用時,由於發光二極體可用於彩色顯示器,顯示器上的每一像素點通常包括分別對應紅色、綠色與藍色的三種發光二極體的紅色、綠色與藍色像素。本實施例之發光二極體電路的補償方法可對紅色、綠色與藍色像素的多個發光二極體電路分別進行補償,或者,發光二極體電路的補償方法可對多個發光二極體電路中衰減最嚴重之像素的發光二極體電路進行補償。
請參照圖4,圖4為本發明實施例之發光二極體電路的補償裝置之電路圖。發光二極體電路的補償裝置4用於發光二極體電路,且在本實施例中,發光二極體電路為有機發光二極體電路7。有機發光二極體電路7包括兩個電晶體T1、T2、一個電容Cs與一個有機發光二極體OLED。第一電晶體T1的控制端連接於電容Cs與第二電晶體之T2第二端,第一電晶體T1的第二端連接於有機發光二極體OLED的輸入端,且第一電晶體的T1的地一端耦接至高電壓準位VDD
。有機發光二極體OLED的輸出端耦接至低電壓準位VSS
。第二電晶體T2的第一端耦接至畫素信號VDATA
,第二電晶體T2的控制端則耦接至初始控制電壓Vgate_ini
或補償控制電壓Vgate
,且第二電晶體T2之寬度長度比(W/L)小於1。值得注意的
是,在此之有機發光二極體OLED是由第一端與控制端彼此耦接之電晶體所構成。
復參照圖4,發光二極體電路的補償裝置4包括第二儲存單元42、第三儲存單元43、邏輯比較單元44、運算電路單元45、切換器46、開關47與48。在本實施例之運算電路單元45包括第一差動放大器451、第二差動放大器452以及第三差動放大器453,但運算電路單元45的實施方式並不限於此。
第二儲存單元42及第三儲存單元43分別透過開關47與48耦接至有機發光二極體OLED的輸入端,且邏輯比較單元44耦接至儲存單元42以及儲存單元43。運算電路單元45之輸入端耦接至邏輯比較單元44,運算電路單元45之輸出端透過切換器46耦接至第二電晶體T2之控制端。
第二儲存單元42以及第三儲存單元43分別儲存有機發光二極體OLED之輸出電壓VOLED
的目前值VOLED_now
與初始值VOLED_ini
。在此實施例中,開關47僅有在有機發光二極體電路7一開始被驅動時,才會關上(導通),且開關48為每隔一段操作時間後,才會被關上(導通)。
當發光二極體電路剛開始工作時,切換器46會被切換至初始控制電壓Vgate_ini
,且開關47會關上,以使第二儲存單元42儲存依照發光二極體電路7依據初始控制電壓Vgate_ini
所產生的輸出電壓VOLED
之初始值VOLED_ini
。在一段操作時間後,開關48會被關上。此時,
發光二極體電路的補償裝置4透過切換器46施加初始控制電壓Vgate_ini
於第二電晶體T2的控制端,以使有機發光二極體OLED產生輸出電壓VOLED
的目前值VOLED_now
,並儲存於第三儲存單元43。
同時,邏輯比較單元44會比較有機發光二極體OLED之輸出電壓VOLED
之初始值VOLED_ini
與目前值VOLED_now
,並得到差異VO
,且判斷差異VO
是否超出標準值。邏輯比較單元44藉由不同的輸出來區分運算電路單元45是否產生補償控制電壓Vgate
。更詳細地說,當發光二極體電路7操作一段操作時間後,補償裝置4的邏輯比較單元44會被致能,且在邏輯比較單元44判斷差異超出標準值時,後端的運算電路單元45會被致能。
若差異VO
未超出標準值,則代表第二電晶體T2的控制端的電壓不需要變動,發光二極體電路的補償裝置4將控制切換器46,以持續輸出初始控制電壓Vgate_ini
於第二電晶體T2的控制端。若差異VO
超出標準值,則發光二極體電路的補償裝置4輸出補償控制電壓Vgate
於第二電晶體T2的控制端。
在本實施例中,第一差動放大器451、第二差動放大器452以及第三差動放大器453的放大係數皆被設定為1。故在差異VO
超出標準值時,邏輯比較單元44輸出有機發光二極體OLED輸出電壓之初始值VOLED_ini
至運算電路單元45之第一差動放大器451之正輸入端,而且輸出有機發光二極體OLED輸出電壓VOLED
之目前
值VOLED_now
至運算電路單元45之第一差動放大器451之負輸入端,以使第一差動放大器451輸出輸出電壓之初始值VOLED_ini
與目前值VOLED_now
的差異VO
。
第二差動放大器452的正輸入端耦接至接地點,且第二差動放大器452的正輸入端耦接至差異VO
,故第二差動放大器452輸出差異VO
的負值。然後,第三差動放大器453的正輸入端耦接至初始控制電壓Vgate_ini
,第三差動放大器453的負輸入端耦接至差異VO
的負值,故第三差動放大器453輸出補償控制電壓Vgate
,其中Vgate
=Vgate_ini
+VO
。
更近一步地說,在實際應用時,因為發光二極體可用於彩色顯示器,顯示器通常使用分別對應紅色、綠色與藍色的三種發光二極體來顯示彩色。發光二極體電路的補償裝置4可對紅色、綠色與藍色像素的發光二極體電路分別進行補償,或者,發光二極體電路的補償裝置4對發光二極體電路中衰減最嚴重之一像素的發光二極體電路進行補償(例如:對應於顯示紅色像素的發光二極體電路)。
除此之外,發光二極體電路的補償裝置4與發光二極體電路可以施作於印刷電路板裝嵌(Printed Circuit Board and Assemble,PCBA),以簡化生產過程。值得注意的是,而在本實施例中,發光二極體電路的補償裝置4輸出初始控制電壓Vgate_ini
或補償控制電壓Vgate
的方式僅用以說明,其並非用以限定本發明。
根據本發明實施例,上述的發光二極體電流補償電路可偵測或定時偵測發光二極體的輸出電壓,且以固定發光二極體的輸出電壓的方式來穩定發光二極體的操作電流,避免發光二極體的操作電流因長時間的操作而衰減。
以上所述僅為本發明之實施例,其並非用以侷限本發明之專利範圍。
1、7‧‧‧發光二極體電路
T1‧‧‧第一電晶體
T2‧‧‧第二電晶體
OLED‧‧‧有機發光二極體
Cs‧‧‧電容
S31~S36‧‧‧步驟流程
4‧‧‧發光二極體電路的補償裝置
42‧‧‧第二儲存單元
43‧‧‧第三儲存單元
44‧‧‧邏輯比較單元
45‧‧‧運算電路單元
451‧‧‧第一差動放大器
452‧‧‧第二差動放大器
453‧‧‧第三差動放大器
46‧‧‧切換器
47、48‧‧‧開關
圖1為傳統有機發光二極體電路的電路圖。
圖2A及2B為由模擬得出的傳統發光二極體電路的輸出電流與第一電晶體之門限電壓之曲線圖。
圖3為本發明實施例之發光二極體電路的補償方法之流程圖。
圖4為本發明實施例之發光二極體電路的補償裝置之電路圖。
S31~S36‧‧‧步驟流程
Claims (10)
- 一種發光二極體電路的補償方法,包括如下步驟:其中該補償方法用於包括兩電晶體、一電容與一發光二極體的至少一發光二極體電路,其中該兩個電晶體的一第一電晶體的一控制端連接於該電容與該兩個電晶體的一第二電晶體之一第二端,該第一電晶體的一第二端連接於一發光二極體,該第二電晶體之一寬度長度比(W/L)小於1,將一初始控制電壓施加於該第二電晶體的一控制端,並據此偵測該發光二極體的一輸出電壓之一目前值;判斷該輸出電壓之一初始值與該目前值之一差異是否超出一標準值;以及若該差異超出該標準值,則產生一補償控制電壓施加於該第二電晶體的該控制端,其中該補償控制電壓為該初始控制電壓與該差異之和。
- 如申請專利範圍第1項所述之發光二極體電路的補償方法,更包括:若該差異未超出該標準值,則持續施加該初始控制電壓至該第二電晶體的該控制端。
- 如申請專利範圍第2項所述之發光二極體電路的補償方法,更包括:再次判斷該輸出電壓之該初始值與該目前值之該差異是否超出該標準值,此時該輸出電壓之該目前值係由該發光二極體電路依據該補償控制電壓所產生;若該差異未超出該標準值,則持續施加該補償控制電壓所;以及 若該差異超出該標準值,則重新產生該補償控制電壓。
- 如申請專利範圍第1項所述之發光二極體電路的補償方法,其中該補償方法對一紅色、一綠色與一藍色像素的多個發光二極體電路分別進行補償,或者,該補償方法對該些發光二極體電路中衰減最嚴重之一像素的發光二極體電路進行補償。
- 一種發光二極體電路的補償裝置,包括:多個儲存單元,其中該補償裝置用於包括兩電晶體、一電容與一發光二極體的至少一發光二極體電路,其中該兩個電晶體的一第一電晶體的一控制端連接於該電容與該兩個電晶體的一第二電晶體之一第二端,該第一電晶體的一第二端連接於一發光二極體,該第二電晶體之一寬度長度比(W/L)小於1,其中該些儲存單元分別用以儲存該發光二極體之一輸出電壓的一初始值與一目前值,其中該補償裝置施加一初始控制電壓於該第二電晶體的一控制端,以使該發光二極體產生該輸出電壓的一目前值;一邏輯比較單元,用以判斷該輸出電壓之該初始值與該目前值之一差異是否超出一標準值;一運算電路單元,若該差異超出該標準值,則依據該差異與該初始控制電壓產生一補償控制電壓施加於該第二電晶體的該控制端。
- 如申請專利範圍第5項所述之發光二極體電路的補償裝置,其中該補償控制電壓為該初始控制電壓與該差異之和。
- 如申請專利範圍第5項所述之發光二極體電路的補 償裝置,其中若該差異未超出該標準值,則該補償裝置持續施加該初始控制電壓至該第二電晶體的該控制端。
- 如申請專利範圍第5項所述之發光二極體電路的補償裝置,更包括另一儲存單元,其中該另一儲存單元更用以儲存該補償控制電壓,該邏輯比較單元再次判斷該輸出電壓之該初始值與該目前值之該差異是否超出該標準值,此時該輸出電壓之該目前值係由該發光二極體電路依據該補償控制電壓所產生,若該差異未超出該標準值,則該補償裝置持續施加該補償控制電壓所,若該差異超出該標準值,則該運算電路單元重新產生該補償控制電壓。
- 如申請專利範圍第5項所述之發光二極體電路的補償裝置,其中該補償裝置對一紅色、一綠色與一藍色像素的發光二極體電路分別進行補償,或者,該補償裝置對該些發光二極體電路中衰減最嚴重之一像素的發光二極體電路進行補償。
- 如申請專利範圍第5項所述之發光二極體電路的補償裝置,該補償裝置與該發光二極體電路施作於一印刷電路板裝嵌(Printed Circuit Board and Assemble,PCBA)。
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